SE500050C2 - Hårdmetallkropp för slitande mineralavverkning och sätt att framställa denna - Google Patents

Description

10 15 20 5 00 C50 2 Ihet. När stiftformen förändras genom slitage försämras borr- hastigheten successivt.

Det har nu överraskande visat sig att det är möjligt att styra tillverkningsprocessen så att man erhåller en nära nog konstant bindemedelshalt i kroppens ytzon och därmed kons- tant hårdhet och slitstyrka. Därmed erhålls ytterligare förbättring i applikationer där hög slitstyrka är av stor betydelse. Den slitstarka ytzonen i kroppar enligt uppfin- ningen slits långsammare än i konventionella och därför bibehålls en hög borrhastighet under lång tid.

Fig 1 visar schematiskt bindefasfördelningen längs en linje vinkelrät mot ytan i en hårdmetallkropp enligt uppfinningen.

I figuren är A - bindefasfattig ytzon, A1 B - bindefasrik ytzon - ytzon med nästan konstant bindefashalt C - etafasinnehâllande kärna n - nominell bindefashalt do - bindefashalt i ytan d - ökning i bindefashalt i zon Al a - bredd av den bindefasfattiga ytzonen a - bredd av ytzonen med nästan konstant bindefashalt 1 Den etafasfria ytzonen i hårdmetallkroppar enligt uppfin- ningen är uppdelad i två delar. I den yttersta delen (zon A) är bindefashalten lägre än den nominella(n). I den inre delen (zon B) är bindefashalten högre än den nominella. Zon A har högre hårdhet och styvhet på grund av den låga binde- fashalten medan zon C har högre hårdhet pà grund av den finfördelade etafasen.

I zon A skall medelbindefashalten vara 0.2 - 0.8 företrädes- Bindefashal- ten i den yttre delen av zon A skall vara nära konstant. Den vis 0.3 - 0.7 av den nominella bindefashalten. relativa ökningen eller minskningen i bindefashalt längs en linje vinkelrät mot ytan, d/(do al), får ej vara högre än 20 10 15 20 35 500 Û -0 s. 3 %/mm företrädesvis ej högre än 10 %/mm. Bredden, al, av denna yttre zon med konstant eller nära konstant bindefas- halt, A1, skall vara 50 %, företrädesvis 70 %, helst 80 % av bredden, a, av zon A, dock minst 0.8 mm, företrädesvis minst 1 mm. I zon B är bindefashalten högre än den nominella, och när ett högsta värde av minst 1.2, företrädesvis 1.6 - 3 av den nominella bindefashalten.

Zon C skall innehålla minst 2 vol-% företrädesvis minst 5 vol-% etafas men maximalt 60 vol-% företrädesvis maximalt 35 vol-%. Etafasen skall vara finkornig med en kornstorlek av 0.5 - 10/um, företrädesvis 1 - 5/um, och jämnt fördelad i grundmassan av den normala alfa+beta-strukturen. Bredden hos zon C skall vara 10 - 95 % företrädesvis 25 - 75 % av hård- metallkroppens tvärsnitt.

Uppfinningen kan användas vid alla hàrdmetallsorter som normalt används för bergborrning från sorter med 3 vikt% bindefas upp till sorter med 25 vikt% bindefas, företrädes- vis med 5 - 10 vikt% bindefas för slående borrning, 10 - 25 vikt% bindefas för roterande-krossande borrning och 6 - 13 vikt% bindefas för skärande bergavverkning och där WC-korn- storleken kan variera från 1,5/um upp till 8/um företrädes- vis 2 - 5/um. Den är speciellt lämplig för kronor som ej slipas om t.ex. för drifterborrkronor där kronan är utsliten innan zonen med konstant bindefashalt är bortsliten. De distinkta och kraftiga skillnaderna i bindefashalt och där- med termisk längdutvidgningskoefficient mellan zon A och övriga zoner i hàrdmetallstift enligt uppfinningen ger upp- hov till höga tryckförspänningar i ytan pà stiften vilket leder till extra goda seghetsegenskaper parallellt med de förut nämnda slitstyrkeförbättringarna i jämförelse med EP-A-182 759.

I bindefasen kan Co helt eller delvis bytas ut mot Ni och/eller Fe. Härvid byts andelen Co i etafasen helt eller delvis ut mot någon av metallerna Fe och/eller Ni d v s själva etafasen kan bestå av en eller flera av järnmetaller- na i kombination. 10 15 20 30 U1 OO 050 4 Maximalt 15 vikt% wolfram i alfafasen kan substitueras mot en eller flera av de metalliska karbidbildarna Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr och Mo.

Hárdmetallkroppar enligt uppfinningen tillverkas enligt pulvermetallurgiska metoder: malning, pressning och sint- ring. Genom att utgà från ett pulver med understökiometrisk sammansättning med avseende på kol erhålls under sintringen en etafashaltig hàrdmetall. Denna ges efter sintringen en kraftigt uppkolande värmebehandling genom t.ex. inpackning i i ugnsatmosfären sot. Detta innebär att kolaktiviteten, ac, skall vara nära 1, företrädesvis minst 0.8, så att transpor- ten av kol till stiftens yta under hela värmebehandlingsti- den är större än indiffusionshastigheten av kol in i stif- ten.

Exempel l Av ett WC - 6%Co - pulver med 0.2 % understökiometrisk kol- halt (5,6 % C i stället för 5.8 % C) pressades stift. Dessa standardsintrades vid 1450 OC. Efter sintringen hade stiften måtten höjd 16 mm och diameter 10 mm. Därefter värmebehand- lades stiften i en ugn inpackade i sot i 3 h vid 1400 OC.

De på detta sätt tillverkade stiften hade en 2 mm etafasfri ytzon och en kärna med diametern 6 mm innehållande finförde- lad etafas. Co-halten vid ytan uppmättes till 3 %. 1.6 mm in fràn ytan var Co-halten 3.5 % och strax utanför etafasen 14 %. Bredden pà den högkobolthaltiga delen var ca 0.4 mm.

Exempel 2 Berg: Hård förslitande granit med inslag av leptit, tryck- hállfasthet 2800 - 3100 bar.

Maskin: Atlas Copco COP 1038 HD, Hydraulisk borrmaskin för tyngre drifterutrustning. Matningstryck 85 bar, rotations- tryck 45 bar, varvtal 200 rpm. 10 15 20 UT 30 580 G50 5 Kronor: 45 mm stiftborrkronor, 2 vings med 10 mm periferi- stift med höjd 16 mm, 10 st kronor per variant. Utslitnings- diameter: 41 mm Hárdmetallsammansättning: 94 vikts% WC och 6 vikts% Co.

Kornstorlek = 2.5/um Provvarianter 1. etafaskärna ø 4 mm, etafas fri ytzon 3 mm med den làgkobolthaltiga delen 2.2 mm bred.

Enl uppf 2. etataskärna ø 6 mm, etafas fri ytzon 2 mm med Co-gradient enl EP-A-182 759 Prior art 3. normal struktur utan etafas Utförande Kronorna borrades i omgångar om 7 hàl ä 5 meter och varvades så att rättvisa borrförhállanden förelåg. Kronorna togs ur provning omedelbart då krondiametern understeg 41 mm och borrmetertalet noterades.

Resultat Variant Antal borrmeter, m medel max min 451 543 398 325 403 286 231 263 201 Exempel 3 I ett kvartsitbrott med mycket hård kvarts gjordes bergborr- provningar med 64 mm pallborrkronor. En kronvariant försågs med hàrdmetallstift enligt uppfinningen, en variant hade en pà marknaden vanligt förekommande hárdmetallsort och en variant var försedd med hàrdmetallstift enligt EP-A-182 759.

Stiften enligt uppfinningen såväl som stiften enligt EP-A-182759 hade en 2.5 mm bred lågkobolthaltig ytzon. 1 1 0 5 20 3 b) 0 UI 500 050 Testdata: Borrigg: Matningstryck: Slagverkstryck: Hàldjup: Luftspolning: Resultat Stift enl uppf Sandvik DP60 Konventionell Exempel 4 Provplats: Borrmaskin: Matningskraft: Rotation: Typ av berg: Borrkrona: Provvariant 1: Provvariant 2: Provvariant 3: ROC 712 med maskin COP 1036 80 bar 190 bar 12 m 5 bar Antal Omslip Antal Livsl, Index kronor omslipn m 5 48 3 189 145 5 36 4 157 120 5 24 5 130 100 Järnmalmsgruva - dagbrott Borrning med rullborrkronor Gardner-Denver GD-100 40 ton 80 rpm Magnetit med inslag av kvarts och skiffer 12 1/4" CS2 Krona med hàrdmetallstift (mejselformiga) enligt uppfinningen. Nominell Co-halt: 10 vikts-%. Stiftdiameter: 14 mm med höjd 21 mm. Zon A=3 mm och zon B = 2 mm Hárdmetallstift enligt prior art med en etafasfri ytzon av 2.5 mm och nominell Co-halt 10 vikts-%.

Hàrdmetallstift av konventionell hàrdmetall med 10 vikts-% Co. 500 050 7 Resultat: Variant Borrmeter, m Borrhastighet, m/h 1 3050 21.2 2 2583 16.3 3 1868 15.3

Claims (6)

10 15 20 30 35 500 050 Patentkrav

1. Hàrdmetallkropp företrädesvis för bergborrning och mine- ralavverkning innehållande WC(alfa-fas) med en binde- fas(betafas) baserad på minst en av Co, Ni eller Fe samt bestående av en kärna, C, av etafashaltig hårdmetall omgiven av en etafasfri ytzon, A och B, med en yttre del, A, med lägre bindefashalt än den nominella k ä n n e t e c k n a d av att bindefashalten i den yttersta delen av A är nästan konstant och ökar eller minskar relativt sett med högst 20 %/mm.

2. Hårdmetallkropp enligt föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att bredden av den bindefasfatti- ga yttersta zonen med konstant eller nära konstant bindefas- halt är minst 50 %, hela zon A dock minst 0.8 mm. företrädesvis minst 70 %, av bredden av

3. Hårdmetallkropp enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att bindefashalten i den binde- fasfattiga yttersta zonen är 0.2 - 0.8, företrädesvis 0.3 - 0.7 av den nominella bindefashalten.

4. Hårdmetallkropp enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att den inre delen av den etafas- fria ytzonen, B, har en bindefashalt som är högre än den nominella.

S. Hårdmetallkropp enligt föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att bindefashalten i zon B uppnår ett högsta värde av minst 1.2, företrädesvis 1.6 - 3 av den nominella bindefashalten

6. Sätt att framställa en hårdmetallkropp enligt något av föregående krav genom pulvermetallurgiska metoder såsom malning, pressning och sintring varvid ett understökio- metriskt pulver sintras till en etafashaltig kropp som sedan uppkolas så att en etafasinnehállande kärna omgiven av en 9 SÜÛ ÛEÛ etatasfri ytzon erhålles k ä n n e t e c k n a d av att uppkolningen sker vid en kolaktivitet, ac, av nära l, före- trädesvis minst 0.8.